Nghiên cứu các phương pháp nhúng dấu ẩn vào dữ liệu đa phương tiện và ứng dụng

ĐẶNG THỊ TUYẾT THANH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP NHÚNG DẤU ẨN VÀO DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN VÀ ỨNG DỤNG ĐẶNG THỊ TUYẾT THANH 2005 - 2007 Hà Nội 2007 HÀ NỘI 2007 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP NHÚNG DẤU ẨN VÀO DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN VÀ ỨNG DỤNG NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN MÃ SỐ:3.04.3898 ĐẶNG THỊ TUYẾT THANH Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN LINH GIANG HÀ NỘI 2007 MỞ ĐẦU Trong lĩnh vực truyền liệu đa phương tiện an toàn từ trước đến tồn kỹ thuật cryptography kỹ thuật bảo mật liệu gặt hái nhiều thành công ứng dụng rộng rãi Đặc điểm bật kỹ thuật liệu đường truyền mã hoá để chống ăn cắp liệu Thế xa nữa, có vấn đề đặt liệu sau giải mã để thu liệu gốc, liệu không bảo vệ Người dùng chép, phát tán tuỳ ý, họ giả mạo tác giả Vì thế, kỹ thuật watermarking - nhúng dấu ẩn đời để đáp ứng yêu cầu Mục đích ứng dụng nhúng dấu ẩn chủ yếu chứng minh quyền tác giả, bảo vệ quyền tác giả, chống chép liệu Để bảo vệ quyền, tác giả nhúng dấu che dấu thông tin ảnh, thơng tin nhúng dấu tên tác giả Vì vậy, dấu nhúng cho phép xác nhận quyền Không thực nhúng dấu ảnh, việc cịn thực audio video số Đặc biệt việc phân tán audio số thông qua internet định dạng mp3 vấn đề lớn Trong trường hợp này, nhúng dấu ẩn hữu ích để thiết lập điều khiển phân tán audio giúp bảo vệ quyền Luận văn nghiên cứu trình bày phương nhúng dấu ẩn vào ba kiểu liệu đa phương tiện gồm ảnh tĩnh, video audio Phần lý thuyết sâu vào nguyên lý nhúng dấu ẩn thuật toán cụ thể Trọng tâm nghiên cứu phương pháp nhúng dấu ảnh tĩnh, so sánh phương pháp nhúng dấu theo không gian, miền tần số miền đa phân giải Phần thực nghiệm cài đặt 11 thuật tốn nhúng dấu ảnh tĩnh, chạy chương trình so sánh kết Từ đánh giá ưu nhược điểm thuật toán thấy mức độ tin cậy nhúng dấu ẩn Cuối đề xuất số ngữ cảnh ứng dụng thực tế Em xin chân thành cảm ơn hỗ trợ hướng dẫn tận tình thầy giáo, tiến sĩ Nguyễn Linh Giang trình thực đề tài Hà Nội, ngày 31 tháng 10 năm 2007 Đặng Thị Tuyết Thanh II MỤC LỤC CHƯƠNG I TỔNG QUAN I 1.1 Nhúng dấu ẩn vào liệu đa phương tiện 1.2 Các ứng dụng nhúng dấu số 1.3 Kỹ thuật nhúng dấu tổng quát 1.3.1 Nguyên lý kỹ thuật nhúng dấu 1.3.2 Phân loại dấu nhúng 1.3.3 Phân loại hệ thống nhúng dấu 1.4 Các mơ hình nhúng dấu ẩn 10 1.4.1 Mã hoá LSB 12 1.4.2 Kỹ thuật trải phổ 13 1.4.3 Kỹ thuật Patchwork 15 1.4.4 Kỹ thuật điều chế số lượng tử 16 1.5 Các vấn đề nhúng dấu ẩn 17 1.5.1 Yêu cầu đặt nhúng dấu ẩn 17 1.5.2 Các vấn đề nhúng dấu 17 CHƯƠNG II NHÚNG DẤU ẢNH TĨNH 23 2.1 Tổng quan nhúng dấu ảnh tĩnh 23 2.1.1 Cơ nhúng dấu ảnh tĩnh 23 2.1.2 Công việc nhúng dấu 25 2.2 Phương pháp nhúng dấu theo miền không gian 28 2.2.1 Kỹ thuật nhúng dấu theo miền không gian 28 2.2.2 Các thuật toán nhúng dấu theo miền không gian 29 2.3 Phương pháp nhúng dấu theo miền tần số 33 2.3.1 Kỹ thuật biến đổi cô sin rời rạc 33 2.3.2 Các thuật toán nhúng dấu dựa biến đổi cô sin rời rạc 43 2.4 Phương pháp nhúng dấu theo miền đa phân giải 53 2.4.1 Kỹ thuật biến đổi sóng rời rạc 53 III 2.4.2 Các thuật toán nhúng dấu dựa biến đổi sóng rời rạc 58 2.5 So sánh phương pháp nhúng dấu 61 CHƯƠNG III NHÚNG DẤU CÁC LOẠI DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN KHÁC 64 3.1 Nhúng dấu video 64 3.1.1 Nhúng dấu miền không gian 66 3.1.2 Nhúng dấu miền biến đổi 67 3.1.3 Nhúng dấu vào liệu nén 68 3.1.4 Một số thuật toán nhúng dấu video 68 3.2 Nhúng dấu audio 71 3.2.1 Kỹ thuật nhúng dấu audio cảm quan 71 3.2.2 Các phương pháp nhúng dấu audio 73 CHƯƠNG IV ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỮ LIỆU 79 4.1 Đánh giá chất lượng liệu nhúng dấu 79 4.1.1 Dữ liệu ảnh 79 4.1.2 Dữ liệu video audio 81 4.2 Các công ảnh hưởng đến dấu nhúng 82 4.2.1 Phân loại công 83 4.2.2 Các thao tác cơng xố bỏ 84 4.2.3 Các công phá vỡ đồng 85 4.2.4 Các công nhúng công phát 86 CHƯƠNG V KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN 88 5.1 Kết thực nghiệm 90 5.1.1 Các thuật tốn nhúng dấu miền khơng gian 90 5.1.2 Các thuật toán dựa DCT 91 5.1.3 Các thuật toán dựa DWT 98 5.2 So sánh đánh giá 105 5.3 Đề xuất kịch sử dụng: 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 IV DANH MỤC CÁC HÌNH VỄ ĐỒ THỊ Hình 1.2: Bộ giải mã dấu nhúng đầy đủ Error! Bookmark not defined Hình 1.3 : Phân loại nhúng dấu ẩn Error! Bookmark not defined Hình 1.4 Mơ hình truyền thông bảo mật Error! Bookmark not defined Hình 1.5 Mơ hình truyền thơng dấu nhúng Error! Bookmark not defined Hình 1.6 Bộ phát dấu nhúng Error! Bookmark not defined Hình 1.7 Mơ hình nhúng thuật tốn nhúng dấu ẩn Cox Error! Bookmark not defined Hình 1.8 Ví dụ sử dụng hai lượng tử để nhúng dấu Error! Bookmark not defined Hình 1.9: Mơ hình kênh truyền phương pháp nhúng loại Error! Bookmark not defined Hình 1.10: Mơ hình kênh truyền phương pháp nhúng dấu ẩn loại Error! Bookmark not defined Hình 1.11: Kênh đối xứng nhị phân với xác suất lật p Error! Bookmark not defined Hình 1.12: Minh họa chất cấp phát lại bit nhúng dấu ẩn Error! Bookmark not defined Hình 2.1: Quá trình nhúng dấu ẩn [8] Error! Bookmark not defined Hình 2.2 (a) tính tương quan tự động ảnh không tương quan trước sau DCT Error! Bookmark not defined Hình 2.3 (a) Ảnh thứ nhất, (b) ảnh thứ Error! Bookmark not defined Hình 2.4 (a) ảnh khơng tương quan DCT (b) ảnh tương quan DCT Error! Bookmark not defined Hình 2.5 Các khối xử lý trình nhúng phát dấu nhúng dựa DCT Error! Bookmark not defined Hình 2.6 Chọn block site sử dụng mạng Gaussian Error! Bookmark not defined block site chọn có màu đen Error! Bookmark not defined V Hình 2.7: Hàm số ind(c) Error! Bookmark not defined Hình 2.8: sơ đồ khối kỹ thuật nhúng dấu DWT Error! Bookmark not defined Hình 3.1: Quá trình nhúng dấu video Error! Bookmark not defined Hình 3.2: trình phát dấu nhúng video Error! Bookmark not defined Hình 3.3: Mơ hình nhúng dấu JAWS Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Sơ đồ khối mơ hình nhúng dấu video nén Error! Bookmark not defined Hình 3.5 Bộ mã hố dấu nhúng thành phần Error! Bookmark not defined Hình 5.1 Ảnh lena.jpg bensong.jpg: ảnh đơn giản, chi tiết, biên Error! Bookmark not defined Hình 5.2 Ảnh bensong.jpg vantay.jpg: ảnh phức tạp, có nhiều biên kết cấu Error! Bookmark not defined Hình 5.3 Ảnh vantay.jpg - đầu ra: ảnh nhúng dấu Error! Bookmark not defined Hình 5.4 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Bruyn, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Hình 5.5 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Fotopoulos, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Hình 5.5 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Hsu Stil, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Hình 5.6 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Cox, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Hình 5.7 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Yulin Wang, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Hình 5.8 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Zhu, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Hình 5.9 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Kim, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined VI Hình 5.10 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Wang, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Hình 5.11 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Corvi, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Hình 5.12 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Xia, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Hình 5.13 Mơ hình hệ thống phân phối liệu đa phương tiện an toàn Error! Bookmark not defined Hình 5.14 Quá trình tạo dấu ẩn Error! Bookmark not defined VII DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Sự tương đồng hệ thống truyền thông hệ thống nhúng dấu ẩn Error! Bookmark not defined Bảng 2.1: Các hệ số DCT sử dụng Error! Bookmark not defined Bảng 2.2: Đánh số thứ tự x khối x hệ số DCT thuật toán Yulin Wang Alan Pearmain Error! Bookmark not defined Bảng 2.3: Bảng so sánh tổng hợp phương pháp nhúng dấu ảnh tĩnh Error! Bookmark not defined Bảng 5.1 Kết nhúng dấu thuật toán Bruyn, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.3 Kết nhúng dấu thuật toán Bruyn, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.4 Kết sau cơng thuật tốn Bruyn, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.5 Kết nhúng dấu thuật toán Bruyn, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.6 Kết sau công thuật toán Bruyn, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.7 Kết nhúng dấu thuật toán Fotopoulos, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.8 Kết sau cơng thuật tốn Fotopoulos, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.9 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Fotopoulos, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.10 Kết nhúng sau công thuật toán Fotopoulos, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.11 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Hsu Stil, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.12 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Hsu Stil, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.13 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Hsu Stil, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.14 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Cox, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined VIII Bảng 5.15 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Cox, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.16 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Cox, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.17 Kết nhúng dấu thuật toán Yulin Wang, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.18 Kết sau cơng thuật tốn Yulin Wang, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.19 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Yulin Wang, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.20 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Yulin Wang, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.21 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Barni, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.22 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Barni, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.23 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Barni, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.24 Kết nhúng dấu thuật toán Zhu, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.25 Kết sau cơng thuật tốn Zhu, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.26 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Zhu, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.27 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Zhu, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.28 Kết nhúng dấu thuật toán Kim, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.29 Kết sau cơng thuật tốn Kim, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.30 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Kim, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.31 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Kim, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.32 Kết nhúng dấu thuật toán Wang, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined 98 Nhận xét: Thuật tốn Barni cài đặt khơng thành cơng, giá trị tương quan sau nhúng dấu thấp, khơng chấp nhận được, ta khơng xét tiếp 5.1.3 Các thuật toán dựa DWT Thuật tốn Zhu - Ảnh bình thường: lena.jpg Length Correlation MSE PSNR 1000 0.999 7.410 39.432 800 0.999 5.433 40.780 600 0.999 5.678 40.588 400 0.999 5.271 40.911 200 0.999 4.501 41.597 Bảng 5.24 Kết nhúng dấu thuật toán Zhu, ảnh lena.jpg Ảnh Contrast Gausian Distort Remove noise Correlation 0.495 0.445 0.690 0.986 MSE 544.148 23.712 163.027 15.501 PSNR 20.773 34.380 26.008 37.161 Bảng 5.25 Kết sau cơng thuật tốn Zhu, ảnh lena.jpg - Ảnh đơn giản: bensong.jpg Ảnh Correlation MSE PSNR Original 0.971 4.775 41.340 Contrast 0.375 483.482 21.286 Gausian 0.349 47.770 31.339 Distort 0.233 400.085 22.109 Remove 0.643 13.289 36.895 noise Bảng 5.26 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Zhu, ảnh bensong.jpg - Ảnh phức tạp: vantay.jpg 99 Ảnh Correlation MSE PSNR Original 0.994 19.029 35.336 Contrast 0.515 606.531 20.302 Gausian 0.455 76.169 29.312 Distort 0.732 317.185 23.117 Remove 0.985 22.901 34.532 noise Bảng 5.27 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Zhu, ảnh vantay.jpg Hình 5.8 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Zhu, ảnh lena.jpg Nhận xét: Thuật toán Zhu cho ta kết giá trị tương quan sau nhúng tốt ba ảnh Giá trị MSE PSNR ảnh khả quan Còn sau bị công: giá trị tương quan ảnh tốt Có thể thấy giá trị tương quan sau công ảnh vantay.jpg tốt ảnh bensong.jpg Thuật tốn Kim - Ảnh bình thường: lena.jpg Length Correlation MSE PSNR 1000 0.997 3.941 42.174 800 0.998 8.955 38.609 600 0.997 6.546 39.970 400 0.998 4.795 41.322 200 0.996 3.127 43.178 Bảng 5.28 Kết nhúng dấu thuật toán Kim, ảnh lena.jpg 100 Hình 5.9 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Kim, ảnh lena.jpg Ảnh Correlation MSE PSNR Contrast 0.133 545.173 20.765 Gausian 0.112 21.291 34.848 Distort 0.287 159.677 26.098 Remove 0.997 8.981 38.597 noise Bảng 5.29 Kết sau cơng thuật tốn Kim, ảnh lena.jpg - Ảnh đơn giản: bensong.jpg Ảnh Correlation MSE PSNR Original 0.980 6.558 39.962 Contrast 0.084 488.081 21.245 Gausian 0.125 50.002 31.140 Distort 0.460 401.850 22.090 Remove 0.967 16.992 35.828 noise Bảng 5.30 Kết nhúng sau công thuật toán Kim, ảnh bensong.jpg - Ảnh phức tạp: vantay.jpg Ảnh Correlation MSE PSNR Original 0.989 5.515 40.714 Contrast 0.137 588.410 20.433 Gausian 0.113 66.024 29.933 Distort 0.228 304.195 23.299 Remove 0.988 8.924 38.624 noise Bảng 5.31 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Kim, ảnh vantay.jpg 101 Nhận xét: Thuật toán Kim cho ta kết giá trị tương quan sau nhúng tốt ba ảnh Giá trị MSE PSNR ảnh tốt Cịn sau bị cơng: giá trị tương quan giảm sút rõ rệt Giá trị tương quan sau công chấp nhận trừ kiểu công loại bỏ nhiễu công bóp méo distort Tấn cơng lọc Gaussian cơng tăng độ tương phản, khiến cho dấu nhúng phát Có thể kết luận thuật tốn khơng khả quan Thuật tốn Wang - Ảnh bình thường: lena.jpg Length 1000 800 600 400 200 Correlation MSE PSNR 0.999 24.024 34.324 0.999 30.383 33.304 0.999 30.589 33.275 0.999 22.287 34.652 0.999 25.191 34.118 Bảng 5.32 Kết nhúng dấu thuật tốn Wang, ảnh lena.jpg Hình 5.10 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Wang, ảnh lena.jpg Ảnh Contrast Gausian Distort Remove noise Correlation 0.573 0.845 0.833 0.987 MSE 562.638 40.523 179.176 28.708 PSNR 20.628 32.053 25.597 33.550 Bảng 5.33 Kết sau công thuật toán Wang, ảnh lena.jpg 102 - Ảnh đơn giản: bensong.jpg Ảnh Correlation MSE PSNR Original 0.971 8.816 38.677 Contrast 0.435 491.823 21.212 Gausian 0.340 51.739 30.993 Distort 0.494 403.986 22.067 Remove 0.849 18.424 35.476 noise Bảng 5.34 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Wang, ảnh bensong.jpg - Ảnh phức tạp: vantay.jpg Ảnh Correlation MSE PSNR Original 0.985 17.017 35.821 Contrast 0.521 591.214 20.413 Gausian 0.497 75.386 29.357 Distort 0.786 315.304 23.143 Remove 0.967 21.436 34.819 noise Bảng 5.35 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Wang, ảnh vantay.jpg Nhận xét: Thuật toán Wang cho ta kết giá trị tương quan sau nhúng tốt ba ảnh Giá trị MSE PSNR ảnh tốt Còn sau bị công: giá trị tương quan khả quan kiểu cơng Thuật tốn tốt chút so với Zhu, tất nhiên tốt nhiều so với Kim Ta thấy giá trị tương quan sau công ảnh bensong.jpg hẳn so với hai ảnh Thuật tốn Corvi - Ảnh bình thường: lena.jpg Length 1000 800 600 400 200 Correlation MSE PSNR 0.417 17.123 35.794 0.210 14.159 36.620 0.138 9.025 38.575 0.199 5.442 40.772 0.636 8.710 38.730 Bảng 5.36 Kết nhúng dấu thuật tốn Corvi, ảnh lena.jpg 103 Hình 5.11 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Corvi, ảnh lena.jpg Ảnh Contrast Gausian Distort Remove noise Correlation 0.444 0.445 0.445 0.087 MSE 555.843 34.339 172.448 22.070 PSNR 20.681 32.772 25.763 34.692 Bảng 5.37 Kết sau cơng thuật tốn Corvi, ảnh lena.jpg - Ảnh đơn giản: bensong.jpg Ảnh Correlation MSE PSNR Original 0.686 29.028 33.502 Contrast 0.337 494.697 21.187 Gausian 0.547 72.496 29.527 Distort 0.191 423.681 21.860 Remove 0.075 39.156 32.162 noise Bảng 5.38 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Corvi, ảnh bensong.jpg Ảnh phức tạp: vantay.jpg Ảnh Correlation MSE PSNR Original 0.056 18.335 35.497 Contrast 0.025 607.501 20.298 Gausian 0.049 78.726 29.169 Distort 0.036 316.652 23.124 Remove 0.036 23.554 34.410 noise Bảng 5.39 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Corvi, ảnh vantay.jpg 104 Nhận xét: Thuật toán Corvi cho ta kết giá trị tương quan sau nhúng hẳn so với thuật toán miền DWT Giá trị tương quan thấp không ổn định ta thay đổi chiều dài dấu nhúng, không ổn định loại ảnh khác (ảnh vân tay không phát dấu nhúng) Sau bị công: đương nhiên giá trị tương quan Có thể kết luận thuật tốn nhúng dấu Corvi khơng khả quan Thuật tốn Xia - Ảnh bình thường: lena.jpg Length 1000 800 600 400 200 Correlation MSE PSNR 0.997 8.981 38.597 0.997 9.733 38.248 0.998 8.789 38.691 0.998 8.873 38.649 0.999 8.084 39.054 Bảng 5.40 Kết nhúng dấu thuật tốn Xia, ảnh lena.jpg Hình 5.12 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Xia, ảnh lena.jpg Ảnh Contrast Gausian Distort Remove noise Correlation 0.934 0.693 0.796 0.997 MSE 549.733 21.484 164.451 14.015 PSNR 20.729 34.809 25.970 36.664 Bảng 5.41 Kết sau cơng thuật tốn Xia, ảnh lena.jpg 105 - Ảnh đơn giản: bensong.jpg Ảnh Original Contrast Gausian Distort Remove noise Correlation 0.939 0.803 0.222 0.654 0.931 MSE 16.057 494.295 51.863 411.185 26.791 PSNR 36.073 21.190 30.982 21.990 33.850 Bảng 5.42 Kết sau cơng thuật tốn Xia, ảnh bensong.jpg - Ảnh phức tạp: vantay.jpg Ảnh Original Contrast Gausian Distort Remove noise Correlation 0.998 0.983 0.955 0.927 0.998 MSE 171.922 902.099 187.318 465.242 175.435 PSNR 25.777 18.578 25.400 21.454 25.689 Bảng 5.43 Kết sau cơng thuật tốn Xia, ảnh vantay.jpg Nhận xét: Thuật toán Xia cho ta kết giá trị tương quan rât tốt ảnh Giá trị MSE PSNR ảnh lena.jpg bensong.jpg tốt, riêng ảnh vantay.jpg bất thường, lớn Sau bị công: nhiên sau bị công, thuật toán cho kết giá trị tương quan ổn định tốt ba ảnh Ta thấy thuật tốn tốt số thuận toán nhúng dấu miền DWT Cũng thấy ảnh vantay.jpg cho giá trị tương quan sau công tốt 5.2 So sánh đánh giá 5.2.1 So sánh kết quả:  Giá trị tương quan sau nhúng dấu: Ta tổng hợp giá trị tương quan, MSE PSNR thuật toán vào chung bảng để dễ theo dõi: 106 DCT \ Correlation Lena.jpg Bensong.jpg Vantay.jpg Barni 0.337 0.011 0.234 Fotopoulos 0.999 0.999 0.999 Hsu Stil 0.999 0.968 0.990 Cox 0.996 0.336 0.920 Yulin Wang 0.998 0.999 0.998 Bảng 5.44 Bảng tổng hợp giá trị tương quan sau nhúng dấu, thuật toán miền DCT DWT\ Correlation Lena.jpg Bensong.jpg Vantay.jpg Zhu 0.999 0.971 0.994 Kim 0.997 0.980 0.989 Corvi 0.417 0.686 0.056 Wang 0.999 0.971 0.985 Xia 0.997 0.939 0.998 Bảng 5.45 Bảng tổng hợp giá trị tương quan sau nhúng dấu, thuật toán miền DWT Từ bảng ta thấy giá trị tương quan hai phương pháp nhúng dấu dựa DCT DWT khả quan gần tương đương Trừ thuật toán Cox DCT Corvi DWT cho kết bất thường, lại tốt đồng  Mức độ cảm thụ (tính khơng thấy được) sau nhúng dấu: Lena.jpg Bensong.jpg Vantay.jpg MSE PSNR MSE PSNR MSE PSNR Barni 4.449 41.647 20.099 35.098 3.775 40.322 Fotopoulos 0.649 50.004 13.940 36.688 10.669 37.849 Hsu Stil 0.007 69.844 0.380 52.329 0.843 48.872 Cox 5.135 41.025 125.44 27.146 33.188 32.921 Yulin Wang 0.001 77.278 0.373 52.414 0.844 48.870 Bảng 5.46 Bảng tổng hợp giá trị MSE, PSNR sau nhúng dấu, thuật toán miền DCT DCT Lena.jpg Bensong.jpg Vantay.jpg MSE PSNR MSE PSNR MSE PSNR Zhu 7.4108 39.432 4.775 41.340 19.029 35.336 Kim 3.9411 42.174 6.558 39.962 5.516 40.714 Corvi 17.124 35.794 29.028 33.502 18.335 35.497 Wang 24.025 34.324 8.816 38.677 17.018 35.821 Xia 8.982 38.597 16.05 36.073 171.922 25.777 Bảng 5.47 Bảng tổng hợp giá trị MSE, PSNR sau nhúng dấu, thuật toán miền DWT DWT 107 Từ bảng giá trị MSE, PSNR hai phương pháp nhúng dấu dựa DCT DWT ta thấy giá trị MSE PSNR chấp nhận Tuy nhiên kết phương pháp nhúng dấu dựa DCT tốt hẳn so với DWT- giá trị MSE thấp giá trị PSNR cao Chỉ trừ thuật tốn Cox DCT Xia DWT có giá trị MSE bất thường, cịn lại thuật tốn cho kết ổn định đồng Như vậy, sau nhúng dấu, thuật toán DCT cho kết tốt  Sau công: Các thuật toán dựa DCT: thuật toán Fotopoulos, Yulin Wang cho kết tốt, Hsu Stil Cox cho kết khả quan so với Fotopoulos Yulin Wang Các thuật toán dựa DWT: thuật toán Xia cho kết tốt ổn định, thuật toán Zhu Wang cho kết tốt Chỉ có Corvi Kim cho kết khơng ổn định Và thuật tốn dựa DCT DWT có độ tốt gần tương đương - Ở thuật toán nhúng dấu dựa DWT, ta thấy hầu hết thuật toán, ảnh vantay.jpg cho kết tốt Ảnh vantay.jpg ảnh phức tạp, nhiều biên Theo lý thuyết phương pháp nhúng dấu dựa DWT thực nhúng dấu vào vùng có nhiều biên, ảnh nhiều chi tiết, cho kết tốt hơn, kết thực nghiệm 5.3 Đề xuất kịch sử dụng: I, MƠ HÌNH HỆ THỐNG PHÂN PHỐI DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN Trong trình phân phối liệu đa phương tiện qua mạng, có khả sau tác động đến hệ thống: - Khả người thứ công vào đường tryền thông, đánh cắp liệu truyền tải qua mạng; - Khả liệu người nhận phát tán trái phép; - Khả xảy tranh chấp quền sở hữu liệu; 108 Hình 5.13 Mơ hình hệ thống phân phối liệu đa phương tiện an toàn Như vậy, hệ thống cần cung cấp khả sau để ngăn chặn dạng công nêu trên: - Khả cung cấp hạ tầng truyền thơng an tồn Hạ tầng xây dựng sở hạ tầng khóa cơng khai Hạ tầng khóa cơng khai lựa chọn ưu điểm sau: o Khả cung cấp kênh truyền an toàn cho bên tham gia o Khả cung cấp chế xác thực bên tham gia Khả cho phép chống hành vi giả mạo trình trao đổi liệu o Khả cung cấp chữ ký số Chữ ký dùng làm dấu hiệu xác định chủ thể tham gia trao đổi liệu - Khả cung cấp phương pháp đánh dấu quyền sở hữu vào liệu phân phối Để thực điều này, hệ thống cần cung cấp chế để người sở hữu liệu ký lên liệu chữ ký đặc trưng Chữ ký logo người sở hữu, chuỗi mã đặcc trưng cho người sở hữu ( dạng khóa riêng người sở hữu ) Đặc trưng phải đánh dấu vào liệu cách bền vững bị loại bỏ phương pháp - Khả cung cấp phương pháp phát vi phạm khách hàng trình sử dụng liệu phân phối 109 Hệ thống phải cho phép cung cấp cho khách hàng dấu hiệu đặc trưng Khi đăng ký, khách hàng phải cung cấp dấu hiệu đặc trưng hệ thống dùng chúng để đánh dấu vào liệu phân phối cho khách hàng Dấu hiệu dùng để xác định khách hàng xảy vi phạm - Khả giải tranh chấp phát sinh trình cung cấp dịch vụ Hệ thống phải cung cấp khả chống phủ nhận xảy tranh chấp Hệ thống phân phối liệu đa phương tiện an tồn có thành phần sau: - Thành phần cung cấp liệu đa phương tiện - Thành phần nhúng dấu ẩn kiểm soát quyền sử dụng liệu - Kho liệu đa phương tiện - Thành phần cấp phát chứng giải vi phạm II, BÀI TOÁN BẢO HỘ DỮ LIỆU PHÂN PHỐI Bảo hộ liệu phân phối, có nghĩa phải khẳng định quyền bên cung cấp liệu phát hành vi phát tán trái phép liệu Để thực việc nêu trên, cần xây dựng chế trao đổi đánh dấu vào liệu phân phối Cơ chế phải cung cấp cho nhà phân phối khả kiểm soát, đánh dấu quyền cho liệu mình, cho phép phát vi phạm người sử dụng phát tán trái phép liệu nhận sở để giải vi phạm Có bốn trình xử lý sau: - Tạo dấu thơng tin Đây q trình tạo dấu thơng tin nhà phân phối người sử dụng liệu Những dấu thông tin dấu thông tin ẩn thông tin đặc trưng bên tham gia Những dấu tạo từ chứng riêng bên trao đổi liệu dùng để xác định danh tính bên - Nhúng dấu thông tin vào liệu Kết trình liệu đánh dấu hai lần Dấu nhà cung cấp dấu người sử dụng liệu Những dấu tham gia vào trình phát vi phạm sau - Xử lý dấu thơng tin Đây q trình nhận dấu thông tin từ liệu so khớp với sở liệu dấu để kiểm chứng xác định người sở hữu dấu 110 - Xác định vi phạm Quá trình bao gồm việc xác định chủ sở hữu liệu, phát người phát tán trái phép liệu thực thao tác cần thiết để chống phủ nhận việc vi phạm bảo hộ Để đơn giản mô tả trình, theo truyền thống, gọi A nhà phân phối liệu B người sử dụng A B có khố cơng khai hai khố riêng Các khố cơng khai đăng ký với trung tâm chứng thực CA ( Certification Authorities) cịn khóa riêng giữ cục Ngồi dựa vào chứng người sử dụng, trung tâm CA cịn có nhiệm vụ tạo dấu ẩn ngẫu nhiên theo yêu cầu phân phối cho người sử dụng Quá trình tạo dấu ẩn Quá trình tạo dấu ẩn áp dụng cho nhà cung cấp lẫn người sử dụng liệu Đối với người sử dụng liệu, dấu dấu để kiểm sốt q trình sử dụng liệu Đối với nhà cung cấp, dấu bảo hộ quyền sở hữu liệu quyền Hình 5.14 Quá trình tạo dấu ẩn B ( A ) gửi yêu cầu chứng thực tạo dấu ẩn với khố cơng khai cho trung tâm chứng thực CA CA tạo chứng làm việc với phận tạo dấu ẩn Dấu ẩn W tạo CA mã hóa khố cơng khai B ( A ) gửi cho B kèm theo chữ ký điện tử để xác định tính hợp lệ, có hiệu lực dấu ẩn Có nghĩa thành phần dấu ẩn mã hố thành thơng điệp tách rời, tất thơng điệp mã hố dùng chung khoá Đối với A, việc yêu cầu nhận dấu ẩn thực tương tự Quá trình nhúng dấu ẩn vào liệu Quá trình tạo dấu ẩn nhà cung cấp thực Tuỳ thuộc vào kiểu liệu đa phương tiện áp dụng thuật tốn trình bày luận văn Q trình xác định vi phạm quyền Khi có liệu không uỷ quyền người sử dụng đó, A xác định có nguồn gốc từ đâu cách giải mã tìm dấu 111 ẩn chèn tương ứng với người sử dụng Với dấu ẩn giải mã, A xác định người sử dụng phát tán liệu cách tra cứu CSDL dấu ẩn đánh giá độ tương quan dấu nhúng với dấu ẩn có CSDL lựa chọn đối tượng có độ tương quan cao Từ đó, A xác định định danh người sử dụng phát tán liệu cách trái phép Quá trình giải vi phạm Nếu B phủ nhận phát tán trái phép liệu, A cung cấp liệu cho quan ủy quyền Cơ quan xác thực chữ ký yêu cầu B cung cấp dấu xác thực trình mã hố với khố cơng khai B kiểm tra tương đương với khố có sở liệu Sau xác thực, quan kiểm sốt giải mã dấu ẩn kiểm tra tồn dấu nhúng liệu phát tán Nếu tìm thấy kết luận B vi phạm Đây giao thức có ba bên B phải cung cấp dấu ẩn cho quan kiểm tra 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đặng Văn Chuyết Nguyễn Tuấn Anh Cơ sở lý thuyết truyền tin Nhà xuẩt giáo dục Trang 69-86 Micheal Arnold, Martin Schmuker and Stephen D.Wolthusen Techniques and applications of Digital watermarking and content protection England 2003 Diplomarbeit Invisible watermarking of Digital images for Copyright Protection Đại học Salzburg 2000 Mahmoud El-Gayyar Watermarking Techniques in Spatial Domain and Digital Rights Seminar Media Informatics University of Bonn Germany 2006 website http://www.watermarkingworld.org Digital Watermarking Frequently Asked Questions (FAQ) website http://www.cosy.sbg.ac.at/~pmeerw/Watermarking/ Adrian G Bors and Ioannis Pitas Image watermarking using block site selection and DCT domain constraints Greece 1998 ... 1.1 Nhúng dấu ẩn vào liệu đa phương tiện 1.2 Các ứng dụng nhúng dấu số 1.3 Kỹ thuật nhúng dấu tổng quát 1.3.1 Nguyên lý kỹ thuật nhúng dấu 1.3.2 Phân loại dấu nhúng. ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP NHÚNG DẤU ẨN VÀO DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN VÀ ỨNG DỤNG NGÀNH: CÔNG... can ngăn sử dụng trái phép ảnh nhúng dấu ẩn Phần lớn nghiên cứu nhúng dấu ẩn tập trung vào nhúng dấu ẩn không thấy Ngồi ra, cịn nhiều cách phân loại khác phân loại theo miền nhúng dấu ẩn: miền tần